Надо Знать

добавить знаний



Большой адронный коллайдер



План:


Введение

046.233 0000 6.05 Координаты : 46 ? 14 'с. ш. 6 ? 03 'вост. д. / 46.233333 ? с. ш. 6.05 ? в. д. (G) 46.233333 , 6.05

Схематическое изображение детектора LHCb
Размещение БАК в CERN на карте

Большой адронный коллайдер ( англ. Large Hadron Collider , LHC) - крупнейший в мире ускоритель элементарных частиц, созданный в Европейском центре ядерных исследований (CERN), вблизи Женевы ( Швейцария).

Финансирование и разработку проекта осуществляют свыше 10 тысяч ученых и инженеров, представителей различных университетов и лабораторий из более 100 стран мира.

Ускоритель пролегает в туннеле (в форме тора диаметром 27 км) на глубине до 175 метров (570 футов) под землей на границе Франции и Швейцарии, вблизи Женевы, Швейцарии. Как свидетельствует название, он предназначен для прискорювання адронов, в частности протонов и тяжелых ионов.

Детекторы

На БАК был установлен 6 детекторов, расположенных в межсекционных блоках. Два из них - ATLAS и CMS (Компактный мюонный соленоид) - крупногабаритные коллайдеры, главной целью которых является фиксирование элементов. ALICE (Большой ионный коллайдер) и LHCf намного меньше и ограниченными операционно.

Компания BBC дала следующее определение:

ATLAS - один из двух детекторов с широкой сферой функционирования с целью новых открытий и ответов на старые вопросы.

CMS - детектор с широкой сферой функционирования, который "охотится" на бозоны Хиггса и ищет природу происхождения темной материи.

ALICE - изучать "жидкостную" форму существования материи, известную как кварк-глюонная плазма, короткое существование которой возникает сразу же после Большого Взрыва.

LHCb - изучать равное количество материи и антиматерии, которая высвобождается после Большого взрыва. Пытаться дать ответ на вопрос: "Что случилось с" пропавшим "антиматерией?"


1. Задача ВАК

1.1. Изучение механизма Гиггса

Этот, пока чисто теоретический, механизм объясняет, каким образом некоторые элементарные частицы приобрели массу, что привело к нарушению симметрии в пределах электрослабого взаимодействия (где, как известно, фотон безмассовыми, а W и Z бозоны массивные). Подтверждением существования этого механизма должен быть бозон Хиггиса, поиск которого и является одной из задач ВАК. В случае существования этого бозона с помощью эксперимента планируется выявить его основные характеристики (заряд и массу) и таким образом подтвердить или попытаться расширить Стандартную модель (в зависимости от массы бозона).


1.2. Поиск суперсимметрии

Эта гипотетическая теория постулирует симметрию между бозонами и фермионами в природе в случае энергий свыше 1 ТэВ и является еще одним расширением Стандартной модели.

1.3. Исследования кварк-глюонной плазмы

1.4. Изучение топ-кварков

1.5. Проверка экзотических теорий

2. История

Моделирование процесса зарождения Бозона Хиггса в детекторе CMS

Проект был задуман 1984 года, его реализацию начали 2001 -го.

Запуск БАК сначала планировали на 8 июля 2008 года, но состоялся он 10 сентября. Запуск считают успешным - пучок частиц с энергии 450 гигаелектрон-вольт проведено по всему кольцу коллайдера.

Официальную церемонию открытия Большого адронного коллайдера было запланировано на 21 октября 2008 года. Но через аварию, которая произошла 19 сентября, ВАК запустили только 20 ноября 2009 года [1].

30 марта 2010 года в Большом адронном коллайдере впервые успешно осуществлено столкновение протонов, движущихся со скоростью, приближенной к скорости света [2] [3].

Интересен тот факт, что Большой адронный коллайдер рассчитан на функционирование в течение всего 10 лет, но ученые уверяют, по завершению этого периода в мире уже появится намного больше и мощнее его "родственник".

Период Событие Описание
5 апреля 1976 Протонного суперсинхротрона SPS Были запущены первые пучки протонов в новом 7-километровом ускорителе в ЦЕРНе - протонного суперсинхротрона (SPS). Протоны разгонялись в нем до рекордной энергии 400 г эВ и направлялись на неподвижные мишени. SPS продолжал успешно работать и в эру LEP, и даже в XXI веке. Начиная с 2010 года основная функция SPS - предварительный разгон и поставки протонов в Большой адронный коллайдер (LHC).
18 июля 1977 Проект LEP и задумка LHC Был опубликован первый проект Большого электрон-позитронного коллайдера (LEP) в ЦЕРНе, который будет установлен в специальном кольцевом туннеле длиной почти 30 км. Тогда же была высказана и мысль, что в будущем в том же туннеле можно будет разместить и адронный коллайдер, который, возможно, будет работать одновременно с LEP. Поэтому тоннель для LEP проектировался с учетом такой возможности.
1981 Начало работ над созданием магнитов
1981-lhc.png
Начались разработки магнитов для LHC - основы будущего коллайдера. Магниты должны были держать поле около 10 Тесла, а значит, их необходимо делать сверхпроводящими, но при этом они должны помещаться в пространстве подземного тоннеля. Основной упор делался на конфигурацию "два в одном" (две отдельные вакуумные трубы для встречных протонных пучков, помещены в единый Криостат), но рассматривались и другие варианты. Конфигурация "два-в-одном" стала впоследствии символом LHC.
Январь 1983 - январь 1988 Прокладка 27-километрового туннеля В течение пяти лет в ЦЕРНе велись екскавацийни работы с прокладкой кольцевого 27-километрового тоннеля. В нем розташовуэться Большой электрон-позитронного коллайдера (LEP), а по окончании его работы, в 2000-е годы, в том же тоннеле смонтируют и Большой адронный коллайдер (LHC). Прокладка тоннеля стала крупнейшим на то время екскавациним проектом в Европе (рекорд был побит в 1988 году, когда начались работы по прокладке подземного тоннеля под Ламанш.) Стоимость этих работ составила более половины всего бюджета LEP. [4]
Апрель 1983 LHC Note 1 В ЦЕРНе опубликовано технический отчет [5], содержащий предварительные оценки того, как мог бы работать адронный коллайдер в тоннеле LEP. Отчет вышел под номером "LEP Note 440", а впоследствии он получил номер "LHC Note 1".
3 июля 1983 Тэватрон
Fermilab.jpg
В Национальной лаборатории им. Э. Ферми в США начал свою работу Тэватрон - протон-антипротон коллайдер, что ударяет доли на энергии 512 Г эВ (позже энергия частиц была поднята до 980 ГэВ). В 1990 - 2000 -е годы на Тэватроне было сделано много работ по физике сильных и электрослабого взаимодействия, включая открытие топ-кварки. В 2010 - 2012 годах Тэватрон остается главным конкурентом LHC в поиска гиггсивського бозона.
21 марта 1984 Конференция по LHC в Лозанне
1984 03-lep-lhc.jpg

ЦЕРН совместно с Европейским комитетом по будущим ускорителям организовал с 21 по 27 марта 1984 рабочую конференцию по LHC в Лозанне [6] ( Швейцария). На ней были представлены результаты изучения различных путей для создания коллайдера, а также общие наброски детекторов для LHC. Разработки магнитной системы ускорителя ориентировались на энергию протонов от 5 до 9 Т эВ; обсуждались возможности сталкивать ядра тяжелых ионов, а также проект электронных протонного коллайдера (при одновременной работе LEP и LHC, смонтированных друг над другом).

Декабрь 1984 Нобелевская премия за W и Z бозоны

Нобелевская премия по физике за 1984 год была вручена Карлу Руббиа и Симону ван дер Меру за их ключевую роль в открытии в экспериментах на SPS частиц-переносчиков слабого взаимодействия - W и Z бозонов. Это открытие, которое подтвердило теорию электрослабой симметрии, стало возможным благодаря тому, что в 1981 году SPS превратился из протонного ускорителя в протон-антипротонный коллайдер.

14 июля 1987 Проект LAA

В ЦЕРНе начинает работу проект LAA [7], задачей которого является выработка общих принципов, по которым будут проектироваться детекторы для будущего адронного коллайдера.

22 апреля 1988 Повышение светимости

Специальная комиссия, созданная в 1987 году, изучила возможности увеличения светимости LHC по сравнению с первоначальными планами и в своем отчете [8] от 22 апреля 1988 дала положительное заключение. Ориентиром светимости для LHC стало значение 10 34 см -2 с -1.

Июнь 1988 Первые магниты

Протестированы первые небольшие модели сверхпроводящих магнитов, изготовленные итальянской фирмой Ansaldo Componenti в сотрудничестве с ЦЕРНом. Магнитное поле удалось поднять до 8,5 Тесла без срыва сверхпроводимости. В последующие годы было достигнуто магнитное поле напряженностью 10,2 Тесла. Сравнение различных вариантов магнитов и оптимизация их конструкции продолжались еще несколько лет.

Март 1989 WWW

Сотрудник ЦЕРНа Тим Бернерс-Ли предложил [9] новую гипертекстовую систему обработки информации, из которой потом вырос WWW.

14 июля 1989 Заработал LEP

14 июля 1989 в Большой электрон-позитронный коллайдер (LEP) были запущены первые электроны и позитроны. Месяц назад начались первые столкновения. В последующие 11 лет LEP выполнил обширную программу исследований по изучению Стандартной модели физики элементарных частиц.

4 октября 1990 Конференция в Ахене по LHC

Европейский комитет по будущих ускорителей организовал в Ахене ( ФРГ) конференцию, посвященную LHC. На ней были представлены, среди других докладов, и проекты двух разных детекторов для LHC.

Май 1991 Технический проект LHC

Опубликовано 212-страничный отчет [10] ("The Pink Book") группы, изучавшей возможность создания LHC. Планируемая энергия протонов - 7,7 Т эВ.

20 декабря 1991 Совет ЦЕРНа поддержал LHC

В резолюции [11], утвержденной Советом ЦЕРНа, констатируется, что LHC - подходящий проект для ЦЕРНа после завершения работы коллайдера LEP. Конкурентом LHC был проект линейного электрон-позитронного коллайдера.

5 марта 1992 Физическая программа

С 5 по 8 марта 1992 года в Эвьян-ле-Бен ( Франция) прошла конференция [12], после которой начала в деталях вырисовываться физическая программа исследований на LHC.

15 марта 1992 LHCC [13] - Комитет по экспериментов на LHC

По результатам мартовской конференции в Эвьян-ле-Бен ( Франция) в ЦЕРНе был сформирован Комитет по экспериментов на LHC (LHCC). Первое заседание комитета состоялось 23 октября 1992 года.


3. Видео

CERN-MOVIE-2008-116-0753-kbps-640x360-25-fps-audio-64-kbps-44-kHz-stereo.ogv

3.1. Вклад Украины

В эксперименте задействовано более 30 стран мира.

В частности, Украинский ( харьковские) ученые из Харьковского Физико-Технического Института и НТК "Институт монокристаллов", физик-теоретик Г. М. Зиновьев участвовали в части проекта БАК - работах над системой детектирования ALICE (внутренней трековых системой).

В Научно-исследовательском технологическом институте приборостроения ( Харьков) под руководством профессора В.Борщова наладили соответствующее производство.

Финансирования украинской части работ осуществлялось за счет Украинским Научно-Технологического центра, созданного соответствующими департаментами США, Японии и Канады, а также INTAS, CERN и НАТО, ведь официально участие Украины в CERN еще не оформлено.


3.2. Общественный резонанс

Уолтер Вагнер, владелец ботанического сада на Гавайских островах, и Луис Санчо ( Испания) подавали иск в суд, требуя запретить запуск Большого адронного коллайдера. По их мнению, запуск устройства опасен для человечества: коллайдер может породить небольшую черную дыру или "странную частицу", которая превратит Землю в комок "Странной материи". Исследователи из CERN опровергали эти гипотезы и называли заявления Вагнера и Санчо "чушью".


Источники

  1. http://tsn.ua/nauka_it/vcheni-zapustili-velikii-adronnii-kollaider.html
  2. http://www.radiosvoboda.org/content/news/1997893.html
  3. http://www.radiosvoboda.org/content/article/1998178.html
  4. Лекция Стива Майера (1990 год).
  5. Отчет о предварительных оценках того, как бы мог работать адронный коллайдер в туннеле LEP
  6. Конференция в Лозанне
  7. Проект LAA на официальном сайте CERN
  8. Отчет об увеличении светимости Исследовательской группы из ЦЕРНа Комитет долгосрочного планирования
  9. предложение Тима Бернерса-Ли
  10. Отчет группы, изучавшей возможности LHC
  11. Резолюция утверждении LHC
  12. Конференция в Эвьян-ле-Бен (Франция)
  13. Комитет по экспериментов на LHC

код для вставки
Данный текст может содержать ошибки.

скачать

© Надо Знать
написать нам